山區經濟發展與生態環境耦合機制研究
——以河北省平山縣為例

趙旭陽, 劉 征, 趙海建

(石家莊學院 資源與環境學院, 石家莊 050035)

山區經濟發展與生態環境耦合機制研究
——以河北省平山縣為例

趙旭陽, 劉 征, 趙海建

(石家莊學院 資源與環境學院, 石家莊 050035)

經濟發展對生態環境的影響及其反饋機理是當前地理學、環境科學等相關學科共同的研究熱點，山區作為生態環境保護屏障重點區域與經濟發展之間的矛盾尤為突出。以河北省平山縣為研究對象，通過定性與定量分析相結合的方法建立了耦合系統的評價指標體系，運用灰色關聯分析法構建出平山縣經濟發展與生態環境交互作用的關聯度模型和耦合度模型，定量揭示出影響山區經濟發展與生態環境系統耦合的主要因素，并從時空角度分析了區域耦合度的空間分布及演變規律。結果表明：經濟發展與生態環境系統要素之間的耦合是復雜的，總體上表現在經濟發展對生態環境的脅迫作用和生態環境對經濟發展的約束作用兩個方面；平山縣經濟發展與生態環境耦合度總體處于拮頏階段，時間上呈逐年增加的趨勢，空間上呈現東、中、西空間分異規律。研究結果為中國山區經濟發展與生態環境的協調發展提供決策參考。

生態環境; 耦合度; 灰色關聯分析; 經濟發展

經濟發展對生態環境的影響及其反饋機理，是當前地理學、環境科學等相關學科共同的研究熱點。經濟發展與生態環境交互耦合的模式內諸要素相互作用、相互反饋的過程就是經濟發展與生態環境耦合的過程，其最高形態是經濟發展與生態環境相互協調、相互融合共同構成一個高效的復合生態系統[1]。國外對經濟發展與生態環境關系的研究始于19世紀末期。然而真正以專題形式來研究是從20世紀中期開始的[2]。20世紀90年代，如英國經濟學家Boulding把系統方法應用于經濟與環境相關性的分析，試圖建立既不會使資源枯竭，又不會造成環境污染和生態破壞的能循環利用各種物質的“循環式”經濟體系[3]。美國經濟學家Norgaad提出協調發展理論，認為通過反饋循環，在社會和生態系統之間可以實現共同發展[4]。20世紀90年代后，可持續發展及生態環境評價的研究熱潮高起，生態環境問題幾乎都圍繞著可持續研究而展開。

國內對城市化與生態環境關系的研究起步晚，但進展較快。20世紀80年代初，馬世駿等提出了社會—經濟—自然復合生態系統的思想。90 年代中期后，經濟發展及其生態環境關系的研究也相應統一到可持續發展大框架之下，呈現多元化的趨勢[5]。劉思華等認為生態環境是經濟發展過程中的內生變量，提出了生態環境內因論[6]。呂淑萍指出協調發展的總體目標是：生態環境趨向良性循環，環境與經濟發展基本協調，環境質量達到良好水平，使人與自然和諧發展[7]。李勝芬等在研究環境系統與經濟系統協調性時，認為協調發展的內涵有三個方面：一是經濟的發展應在資源環境承載力閾值之內；二是在可持續發展基礎上，達到經濟發展的最大化；三是依靠經濟發展，提高環境承載力[8]。協調發展的理論研究已逐步轉向定量化和進行相關的理論研究。定量化研究主要是通過建立協調發展的指標體系，并計算刻畫協調發展程度的指標數值來判斷協調度的大小，目前尚未統一的權威的指標體系。例如：李艷等提出經濟—環境系統指標體系，建立了評價經濟—環境系統協調發展的數學模型[9]；劉耀彬等基于協同論的觀點指出城市化與生態環境協調的評判標準并構建了二者之間的協調度模型[10]；吳玉鳴基于經濟子系統和環境子系統18項指標構成的“經濟增長與環境”系統指標體系，通過耦合協調度模型對中國31個省級區域經濟增長與環境耦合協調發展的時空分布進行了實證分析[11]；楊木等建立了徐州市生態環境—社會經濟動態耦度模型，對徐州市生態環境—社會經濟系統耦合態勢進行了分析[12]；羅橋順等通過3S技術，對哈密生態脆弱區進行了生態經濟系統耦合度變化分析[13]；杜娜等對紙坊溝流域農用地生態經濟系統耦合關系研究[14]。

盡管國內外不同專業背景的學者作了大量基礎性工作，目前對經濟發展與生態環境效應耦合關系的研究仍很薄弱，缺乏系統性。在研究內容上，現有研究多集中于單一產業發展對生態環境的影響；在研究區域上，多關注城市地區經濟發展對生態環境的影響，而對山區的生態環境影響關注較少，尤其是對整個區域進行完整全域定量分析的研究不夠；在研究方法上，多定性、相關分析，少定量評價。

本文以山區縣——河北省平山縣為研究對象，充分考慮各種因素，采用系統分析的思路，在構建經濟發展與生態環境系統耦合的評價指標體系基礎上，采用灰色關聯分析方法，從時空角度定量揭示出平山縣經濟發展與生態環境相互耦合的主要因素及耦合協調程度。這對于正確把握二者發展的耦合機制及空間分布規律，推進經濟發展、指導生態環境建設，以達到二者的協調發展等具有一定的借鑒意義。

1 研究方法

本文采用能較全面分析系統多因素相互作用的灰色關聯度模型[15]，對平山縣經濟發展與生態環境耦合關系與協調程度進行定量評價。標準化處理是以指標的最大值和最小值的差距進行數學計算，其結果介于0—1之間。有些指標對綜合評價指數的貢獻是正向的，值越大效用越大，稱為正功效指標；有些則是負向的，值越小效用越大，如資源環境的耗損指標，稱為負功效指標。兩者的處理方法稍有不同，具體計算公式如下[16-17]：

正向指標

(1)

負向指標

(2)

為揭示出經濟發展與生態環境耦合的主要作用關系和區域間耦合特點，文章構建經濟發展與生態環境系統耦合的關聯度模型(5)和耦合度模型(6)。從區域經濟發展與生態環境的基礎指標入手，進行分析[18]：

(3)

(4)

(5)

為了從整體上判別經濟發展與生態環境兩個系統耦合度大小，在式(3)的基礎上進一步構造經濟發展與生態環境相互關聯的耦合度模型(6)，通過該模型可以從時空兩個角度定量評判平山縣區域經濟發展與生態環境系統的耦合強度，其計算公式為：

(6)

式中：m，l——經濟發展系統與生態環境系統的指標數；C(t)——耦合度。考慮到耦合度的兩個極限值可將耦合度C(t)分為低水平耦合、拮抗、磨合和高水平耦合4個階段。當然,由于政策及突變等因素的影響,“經濟增長—環境”系統有可能退化到以前的耦合階段。

2 經濟發展與生態環境耦合的實證分析

2.1 研究區概況

平山縣地處河北省西部，太行山東麓，位于北緯38°09′—38°45′，東經113°31′—114°15′，西與全國煤炭基地山西省接壤，東距省會石家莊市30 km，距首都北京260 km，是國家批準的環京津、環渤海開放縣之一。總面積2 648 km2，轄23個鄉鎮，713個行政村，47萬人。全縣土地資源多樣，水資源以水庫、河流為主，礦產資源較為豐富，旅游資源豐富多樣,西柏坡位于其中。平山縣位于石家莊重要的飲用水源保護區，生態環境直接影響到石家莊市乃至北京市生活飲用水安全問題。平山縣屬于山區縣，水土流失嚴重，存在水土流失威脅面積1 569.5 km2，占全縣總面積的59.27%。山丘區地面起伏不平，坡陡坡短，巖石節理破碎，表層風化嚴重，結構松散，抗沖能力差；再加上開礦采石、濫砍亂伐、違規開發建設，綜合導致平山縣耕地水土流失，土層變薄，土壤肥力下降[19]。平山縣面臨礦山開采和旅游開發等經濟發展與環境保護尤其水資源保護的矛盾。本文以河北省平山縣為例，進行經濟發展與生態環境耦合實證分析。

2.2 評價指標體系的構建

考慮到指標選取的典型性、科學性、動態與靜態相結合以及可操作性等原則，借鑒相關研究成果，依據平山縣經濟發展的特點，構建出平山地區經濟發展與生態環境兩系統耦合的評價指標體系。其中，分別對經濟發展與生態環境概念進行界定，從經濟規模、經濟效益、經濟結構3方面將經濟發展系統予以內涵的擴充和特征綜合；從水、土、環境和能源4方面將生態環境予以指標分解與特征細化，同時考慮到生態環境諸項指標對整個系統正負功效的差異，將生態環境指標劃分為水平、壓力和治理能力3個一級指標[20-21]。數據來自《平山縣統計年鑒》、《平山縣國民經濟和社會發展統計公報》及其他統計資料。系統指標體系見表1。

2.3 經濟發展與生態環境耦合的主要因素分析

以生態環境的11項指標作為參考序列，根據耦合度模型(6)和矩陣(4)，計算得到平山地區經濟發展與生態環境耦合作用關聯度矩陣(表2)。

經濟發展與生態環境系統各要素間是錯綜復雜的關系，經過計算得出平山縣兩系統各指標間的關聯度都在0.5以上，屬于中等耦合，表明平山縣地區經濟發展與生態環境系統之間關系密切。為進一步揭示它們的交互耦合特征及主要驅動力，將上一步計算的結果予以簡單平均并進行排序，分別得到經濟發展對生態環境產生脅迫的主要因素和生態環境對經濟發展產生約束的主要因素。

表1 平山縣“經濟發展與生態環境”系統指標體系

表2 平山縣經濟發展與生態環境關聯度矩陣

2.3.1 經濟發展對生態環境的脅迫作用 經濟發展對生態環境的脅迫作用主要表現在單位土地面積工業增加值、第二產業占GDP比重等方面。其中，經濟規模對生態環境作用最為顯著。經計算得出，2009年平山縣經濟規模對生態環境的綜合關聯度高達0.802 7。其次為經濟結構和經濟效益，其綜合關聯度分別為0.738 9和0.616 1。再以平山縣經濟為基本數據，分析計算經濟發展對生態環境綜合關聯度(表2)。在經濟發展的8項二級指標中，對生態環境關聯度等于或大于平均值的有6項指標。它們主要從單位土地面積工業增加值(0.831 8)、第二產業占GDP比重(0.823 9)、固定資產投資年增長率(0.819 6)、第一產業占GDP比重(0.819 6)等角度反映出經濟發展對生態環境較強的脅迫作用。

2.3.2 生態環境對經濟發展的約束作用 生態環境對經濟發展的反饋作用主要表現在環境污染、水土資源以及能源等主導生態環境因子對經濟發展的約束、限制和支撐。經計算得出生態環境對經濟發展的關聯度為0.732 1，反映出生態條件成為了影響經濟發展的重要因素。平山經濟的快速發展與迅速發展，特別是“三年大變樣”工程的實施和重點工業企業技改、擴能工程等固定資產投資的加快，導致排放對生態環境產生的壓力日益顯現。在生態環境11項指標中，對經濟發展關聯度等于或大于平均值的有6項。它們主要從萬元工業增加值SO2排放量(0.782 3)、企業污水處理率(0.775 0)、環保投資占GDP比重(0.772 4)、水質污染指數(0.770 9)等方面較為全面地反映出生態環境對經濟發展的支撐和約束作用。

2.4 經濟發展與生態環境耦合度的區域分異規律分析

經濟發展與生態環境耦合不僅表現在各自要素相互作用的交錯性和復雜性，還表現在時空發展的階段性。從空間角度分析經濟發展與生態環境耦合度的地域分布，可以更清楚地解釋平山地區經濟發展與生態環境的空間作用特征。考慮到統計資料的限制，本論文在平山縣東部、中部、西部分別選擇下口鎮、小覺鎮、楊家橋鄉和溫塘鎮、西柏坡鎮、崗南鎮和南甸鎮、東回舍鎮、平山鎮為代表，分析平山縣經濟發展與生態環境耦合度區域分異規律。在分析時選擇人均工業增加值、單位土地面積工業增加值、經濟結構、水土資源、環境污染等部分指標進行縣域空間的耦合度差異分析。分析顯示，2009年平山縣區域耦合度空間分布總體上符合東、中、西空間分異的規律，平山縣東部重點開發的鄉鎮及西部部分鄉鎮耦合度較大，而中部大部分鄉鎮的耦合度較小，空間上呈現弱“U”型分布的特點(圖1)。

圖1 2009年平山縣經濟發展與生態環境耦合度變化曲線

結合耦合度大小并根據分類標準，將平山縣空間耦合差異大致可以劃分為較高耦合度和中等耦合度兩種地域類型。

2.4.1 耦合度較高的鄉鎮 平山鎮、東回舍鎮、南甸鎮和下口鎮、楊家橋鄉、小覺鎮，以這6個重點鄉鎮為代表的東部和西部鄉鎮的耦合度處在較高的水平，是屬于區域經濟發展與生態環境交互作用最強烈的地區。這些區域經濟發展對生態環境資源條件及占用依賴性很強，加上開發強度日漸加大，但尚未超過生態環境承載能力。平山鎮(0.90)是平山縣委、縣政府所在地，是全縣政治、經濟、文化中心，也是全縣物流集散貿易中心，鎮區內有西柏坡科技園區和光祿山建材工業園區兩大經濟產業帶。東回舍鎮(0.83)是平山縣工業重鎮、人口大鎮、經濟強鎮并正逐項實施鎮區“大變樣”建設工程。南甸鎮(0.73)以敬業集團為龍頭的民營企業正快速發展，帶動了城鎮建設步伐，城鎮化進程不斷加快。由于人口密集、工業企業規模擴大、城鎮化進程快，這些鎮的經濟發展必然對生態環境產生較大影響。下口鎮(0.79)、楊家橋鄉(0.62)和小覺鎮(0.71)作為平山縣西部的典型代表，山場面積大，礦產資源豐富，隨著礦石、大理石等資源大面積地開采、加工、銷售，經濟總量增加，但必然會對脆弱的西部生態環境系統產生較大影響。

2.4.2 耦合度中等的鄉鎮 溫塘鎮(0.56)、西柏坡鎮(0.49)、崗南鎮(0.59)，以這3個重點鄉鎮為代表的中部鄉鎮的耦合度處在中等水平，是屬于區域經濟發展與生態環境交互作用次強區域。這些鄉鎮依靠區域獨特的自然資源，大力發展特色林業、綠色生態農產品加工業，并極力開展特色生態觀光旅游、休閑度假游、紅色旅游及相關服務業。各鄉鎮經濟增速明顯，經濟發展勢頭強勁，但經濟發展基本沒有涉及到生態環境問題，不會造成能源消耗，也不會產生大量污染物，對生態環境系統的影響是微弱的，經濟發展與生態環境之間的交互作用沒有東西部重點鄉鎮耦合度高。

2.5 經濟發展與生態環境耦合度的時序分析

生態環境的改善和經濟發展階段密切相關，一般規律為隨著經濟的發展，生態環境質量呈現先惡化后改善的倒“U”型曲線，所以經濟發展與生態環境耦合呈現一個先松弛、后緊密、再協調的發展階段。從而從機制上揭示了經濟發展與生態環境耦合的規律性，所以從長時序看該系統的耦合度是一個由小到大，再由大到小的變化過程。然而，根據平山縣經濟發展與生態環境系統的實際，經計算表明其區域耦合度演變基本符合該規律，是時序規律作用在空間上的表現(圖2)。

圖2 平山縣經濟發展與生態環境耦合度的時序曲線

2006年和2007年平山縣經濟發展與生態環境耦合度均處低水平耦合。2006年盡管經濟發展快速，然而生態環境保護和改善滯后，導致經濟發展與生態環境之間相互獨立，耦合水平不高。2006年以后，對生態環境保護和改善的新一輪建設開始實施，全方位的生態環境管理開始執行，產業結構開始得到改善，經濟發展支撐生態環境建設的作用開始顯現，并不斷得到加強，從而平山經濟發展與生態環境保護之間的耦合度逐年增加。2006—2010年經濟發展與生態環境的耦合度呈單調增加，由2006年的0.53弱耦合水平增加至2009年的0.84強耦合水平。2006年，隨著平山縣企業總量增加和生產規模擴大，有部分高耗能、高水耗、資源利用率低的企業，更有少量污染物超標排放的企業，造成工業園區范圍的環境負荷壓力很大，因此耦合性弱。但隨著把可持續發展理念融入招商引資工作中，在土地集約利用、節能降耗、環保等方面嚴格把關，加強環境管理力度，加大環境保護投入力度，經濟發展和生態環境保護基本上達到了雙贏。近年來，平山縣圍繞“科學發展、綠色平山”的理念，使可持續發展戰略不斷落實到平山的各項工作之中，使平山的經濟發展與生態環境建設均取得了一定成效，呈現出相互耦合協調的局面。2009年后，隨著“三年大變樣”工程的深入開展以及“大西柏坡”建設的投入，平山經濟的發展迅速提高，同時生態環境通過自身反饋不斷給經濟發展產生資源能源約束效應，經濟發展與生態環境耦合再次走向拮頏時期。

3 結 論

在指標系統構建和灰色關聯技術的支持下，分析了平山縣經濟發展與生態環境耦合的主要因素、耦合度的空間分布，以及耦合度演變的時序規律，由此得出如下結論：

(1) 平山縣經濟發展與生態環境耦合度的時序變動總體呈逐年增加趨勢，表明兩系統之間的關系逐漸由低水平耦合向拮頏相互抑制的階段轉化，表明協調好平山經濟的發展與生態環境建設任務十分艱巨；平山縣經濟發展與生態環境耦合度分布表現出東、中、西空間分異的規律，東部重點開發的鄉鎮及西部部分鄉鎮耦合度較大，經濟發展迅速，尚未超過生態環境承載力，而中部大部分鄉鎮的耦合度較小；第二產業經濟的快速增長、固定資產投資的持續增加是脅迫生態環境較強的主要原因，其中鋼鐵工業、建材工業和發電廠而產生的SO2排放量增加、環保投資壓力增大及生態環境條件是制約、限制、支撐平山縣經濟的主要因素。

(2) 經濟發展與生態環境系統要素耦合的機制是復雜的，總體上表現在經濟發展對生態環境的脅迫作用和生態環境對經濟發展的約束作用兩個方面，經濟增長與環境交互作用的耦合度存在著明顯的區域差異, 經濟增長水平的高低是影響山區耦合度的重要因素，區域耦合度的區域分布與區域經濟發展水平之間存在很高的空間對應關系。耦合度高的部分區域，資源開發利用程度高，經濟發展較為迅速。要改變目前區域經濟增長與環境耦合度較低的現狀，需要依據各自的經濟增長與環境耦合度，及時采取相應的政策措施進行宏觀調控，以實現區域經濟增長與環境向良性的、可持續的耦合協調方向轉變。

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StudyontheMechanismofEconomicDevelopmentandEco-environmentCouplinginMountainousCounties—TakingPingshanCountyofHebeiProvinceasanExample

ZHAO Xu-yang, LIU Zheng, ZHAO Hai-jian

(CollegeofResourcesandEnvironment,ShijiazhuangUniversity,Shijiazhuang050035,China)

Economic development impact on the ecological environment and feedback mechanism is the common hotspot of the current geography, environmental science and other relating to disciplines. The contradiction between the mountain as the ecological environment protection key areas and economic development is particularly prominent. This study refers to Pingshan County of Hebei Province. The evaluation index system of the coupled system was established by using combining qualitative and quantitative analysis. The Pingshan County economic development and ecological environment interactions associated model and coupled model was built by the use of gray relational analysis. It could quantitatively reveal the main factors of economic development and ecological environment coupling, and analyze the relation coupled spatial distribution and evolution from the space-time point. The results show that the coupling between the elements of the system of economic development and ecological environment is complex, the overall performance contains two aspects: economic development stressing the role of ecological environment and ecological environment for economic development. The degree of coupling distribution of Pingshan County economic development and ecological environment is at antagonistic stage, presnets a monotonically increasing trend and spatial differentiation in the eastern, central, and western part. The results can provide the decision reference for the coordinated development of China in economic development and ecological environment.

ecological environment; correction degree; gray relational analysis; economic development

2013-06-19

：2013-10-14

河北省自然科學基金項目(D2010001952)“生態功能區風險識別與綜合評價研究——以石家莊地表水源保護區為例”；河北省科技計劃項目(2237126D-3)“山區土地利用變化的生態地學要素和生態系統服務功能響應研究”

趙旭陽(1959—),男,河北井陘市人,學士,教授,研究方向：區域研究與開發。E-mail:log2008@163.com

劉征(1979—),女,河北邯鄲涉縣人,碩士,講師,主要從事生態環境遙感研究。E-mail:liuzheng111_1979@163.com

F062.2

：A

：1005-3409(2014)03-0176-06